傳感器課程設計.ppt

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傳感器原理及應用課程設計,,一、課程設計目的課程設計的目的主要是通過設計環(huán)節(jié)的實際訓練，加深學生對該課程基礎知識和基本理論的理解和掌握，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，使之在理論分析、設計、計算、制圖、運用標準和規(guī)范、查閱設計手冊與資料以及計算機應用能力等方面得到初步訓練，促進學生養(yǎng)成嚴謹求實的科學態(tài)度。,二、課程設計任務題目:基于電阻應變片的傳感器設計初始條件：采用電阻應變片設計測量力、壓力、加速度、位移等物理量的傳感器，要求根據(jù)被測變量及其量程范圍，設計彈性元件的結構形式，合理選擇應變片的型號、數(shù)量、粘貼方式，并完成相關測試電路的設計。,,金屬電阻應變片,,,被測量,彈性敏感元件,,應變ε、應力σ、撓度y,測量電橋,,電阻應變式傳感器組成原理框圖,,電阻變化ΔR,電源,,,,,可用電量U、I、f,處理顯示,三.設計步驟,1.根據(jù)任務書要求，進行方案選擇,設計總原則：靈敏度設計，強度校核。,應變式力/稱重傳感器應變式壓力（即壓強）傳感器應變式加速度傳感器應變式位移傳感器應變式力矩傳感器,為貫徹學校課程設計一班多題的要求，已擬定35個方案，每題1人，請各班學委負責分配。,（1）輪輻式（剪切力）,具體要求見資料1、2,（2）雙孔平行梁式（彎曲力）,具體要求見資料：3、4、5,（3）單孔剪切梁（剪切力）,具體要求見資料：6、7,（4）S型彎曲或剪切,具體要求見資料：8、9、10、11、12,（5）組合梁（彎曲式）,具體要求見資料：13,（6）柱/筒式（正應力）,具體要求見資料：14、15,荷重式拉壓式,（7）軸銷式荷重（剪切力）,是測量軸承、滑輪等構件的徑向載荷或鋼絲繩張力的專用傳感器，它可以代替滑輪銷軸安裝在結構中作徑向力測量。具體要求見資料：16,（8）旁壓張力傳感器（橋式，剪切力）,用于測量鋼絲繩的張力。鋼絲繩通過U形螺栓固定在傳感器上，當鋼絲繩受拉力時，力通過導向輪作用在傳感器上。具體要求見資料：17,（9）橋式（剪切力）,雙剪切梁式傳感器，綜合精度高。用于汽車衡、天車秤等。具體要求見資料：18、19、20,（10）板環(huán)式傳感器,具體要求見資料：21、22,,,F,F,（12）靜態(tài)扭矩傳感器,具體要求見資料：25、26、27,（11）輪輻（圓板）式稱重測力傳感器,具體要求見資料：23、24,（13）壓力（壓強）傳感器,結構示意圖見：28、29、30、31、32，設計參閱《傳感器技術手冊》主編：袁希光國防工業(yè)出版社1986年,（14）位移傳感器,結構示意圖見：33、34，設計參閱《傳感器技術手冊》等書籍,（15）加速度傳感器,結構示意圖見：35，設計參閱《傳感器技術手冊》等書籍,（3）設計與計算;首先由確定的彈性元件計算作用力于某點時此處的應力大小并與材料的允許應力進行比較，選擇合理的布片位置，其點盡可能為εmax點處;據(jù)彈性元件材料的許用彎曲應力[σ]和許用剪切應力[τ]取安全系數(shù)值;驗證抗彎和抗剪強度重新取整尺寸;,（2）材料的選擇；,2.彈性元件的設計與計算,（1）結構的選擇;,確定貼片處;彈性元件的附件選取;,注意問題：形狀簡單的梁，在單向應力（零至最大的循環(huán)）下工作，為了保證107次以上的壽命，許用應力[σ]應取彈性極限的2/3以下；形狀復雜的彈性元件，如膜盒、波紋管等，在多變應力下工作，為了減小滯后，許用應力至多只能取彈性極限的1/3左右；對于長期受載和測量用的彈簧，也應取較低的許用應力（如取彈性極限的1/5）；承受靜載荷的彈性元件，許用應力可以允許接近彈性極限。,3.應變片的選擇計算（1）選取R值;（2）選材（線膨脹系數(shù)βt、電阻溫度系數(shù)αt、機械性能等確定）;（3）據(jù)使用場合、范圍選形式;（4）據(jù)使用場合、范圍選基底、引線材料和粘合劑;（5）應變片的主要參數(shù)、尺寸選擇。4.外型（外觀）設計外殼、固定、輸入輸出等。注意裝配關系表達清楚，標注裝配尺寸、外觀尺寸、材料等。,5.測量電路的設計與計算（1）橋路的設計計算;注意：供橋電壓的選擇應考慮①應變片的面積；②應變片的電阻；③傳感器的散熱能力；④環(huán)境溫度；⑤應變片的類型；⑥傳感器（測試對象）的材料等。對全橋：(2)放大電路的設計與參數(shù)計算;(3)其它相關電路（如檢波、濾波、電源等）的設計與參數(shù)計算;,Rg：應變片電阻；Fg：敏感柵面積；PG：敏感柵上的功率密度，可取PG=（1.6~3.1）10-3W/mm2,8.附圖電路原理圖（4號圖紙）;機械制圖標準繪制機械裝配圖（?3號圖紙）、彈性元件圖（4號圖紙）各一張.,四、時間安排,五、參考書傳感器技術手冊主編：袁希光國防工業(yè)出版社1986年（機電學院4樓圖書室）應變電測與傳感技術主編：鄭秀瑗，國防工業(yè)出版社1985年電阻應變式傳感器陶寶琪主編機械工業(yè)出版社1993年電阻應變式傳感器應用技術王云章主編機械工業(yè)出版社1991年傳感器設計基礎——課程設計與畢業(yè)設計指南單成祥等國防工業(yè)出版社，2007年注：書籍可在學校網(wǎng)站“數(shù)字圖書館”的“超星電子圖書”下載,六、指導教師及分組測控1101：韓雪，趙燕測控1102：趙燕，余先濤測控1103：余先濤，周曉測控1104：周曉,戴蓉測控zy1101：戴蓉，韓雪,七、教室及答疑安排答疑時間：17-18周周一～五上午9：00～10：30地點:機電大樓六樓測控系1~5班的負責教師按順序值班答疑。學生有設計問題也可電話聯(lián)系各班的負責教師。,八、課設提交注意事項：1.課程設計文件袋、封面統(tǒng)一領?。ㄙ徺I），文件袋題目寫“傳感器原理及應用課程設計——基于電阻應變片的傳感器設計”，設計說明書封面題目寫“基于電阻應變片的傳感器設計”;2.說明書裝訂順序：（1）本科生課程設計成績評定表（打?。?（2）任務書（打印）;（3）說明書目錄、正文、參考文獻、附錄，圖紙放文件袋里。說明書書寫格式見文件：“課程設計說明書統(tǒng)一書寫格式”,3.設計說明書手寫或打印均可，再次強調(diào)內(nèi)容不要抄書本，寫出自己的設計思路、分析計算過程；4.繪圖格式正確、整潔；（可以計算機繪圖）5.凡設計說明書雷同者一律不及格；6.鼓勵用ANSYS等軟件對彈性元件進行力學分析，對設計電路進行仿真；7.預定18周星期五上午8：30交設計資料并接受指導老師質(zhì)疑（具體提交時間由各班負責老師確定）。,